Elektrolizė. Skaičiavimo pavyzdžiai

Elektrolizė – tai elektrolito (druskų, rūgščių, bazių tirpalo) skaidymas elektros srove.

Elektrolizę galima atlikti tik nuolatine srove. Elektrolizės metu druskoje esantis vandenilis arba metalas išsiskiria prie neigiamo elektrodo (katodo). Jei teigiamas elektrodas (anodas) pagamintas iš metalo (dažniausiai toks pat kaip ir druskoje), tai teigiamas elektrodas ištirpsta elektrolizės metu. Jeigu anodas netirpus (pvz., anglis), tai elektrolizės metu elektrolito metalo kiekis mažėja.

Elektrolizės metu ant katodo išsiskiriančios medžiagos kiekis yra proporcingas elektros kiekiui, pratekėjusiam per elektrolitą.

Medžiagos kiekis, kurį išskiria vienas elektros kulonas, vadinamas A elektrocheminiu ekvivalentu, todėl G = A • Q; G = A • I • t,

čia G yra izoliuotos medžiagos kiekis; Q yra elektros energijos kiekis; I — elektros srovė; t laikas.

Kiekvienas metalas turi savo elektrocheminį ekvivalentą A.

Skaičiavimo pavyzdžiai

1. Kiek vario išsiskirs iš vario sulfato (CuSO4) (1 pav.) esant I = 10 A srovei 30 minučių.Elektrocheminis vario ekvivalentas A = 0,329 mg / A • sek.

Ryžiai. 1. Schema pvz 1

G = A • I • t = 0,329 • 10 • 30 • 60 = 5922 mg = 5,922 g.

Ant katodo pakabintas objektas išskirs 5,9 g gryno vario.

2. Leistinas srovės tankis varinėje elektrolitinėje dangoje • = 0,4 A / dm2. Katodo, kuris turi būti padengtas variu, plotas yra S = 2,5 dm2. Kokios srovės reikia elektrolizei ir kiek vario išsiskiria katode per 1 valandą (2 pav.).

Ryžiai. 2. Schema pvz 2

I = •• S = 0,4-2,5 = l A; G = A • Q = A • I • t = 0,329 • 1 • 60 • 60 = 1184,4 mg.

3. Oksiduotas vanduo (pavyzdžiui, silpnas sieros rūgšties tirpalas H2SO4) elektrolizės metu skyla į vandenilį ir deguonį. Elektrodai gali būti anglies, alavo, vario ir tt, tačiau geriausiai tinka platina. Kiek deguonies išsiskirs prie anodo ir kiek vandenilio prie katodo per 1/4 valandos, esant 1,5 A srovei. Elektros kiekis 1 A s išskiria 0,058 cm3 deguonies ir 0,116 cm3 vandenilio (pav. . 3).

Ryžiai. 3. Schema pvz 3

Ga = A • I • t = 0,058 • 1,5 • 15 • 60 = 78,3 cm3 deguonies išsiskirs prie katodo.

Gc = A • I • t = 0,1162 • 1,5 • 15 • 60 = 156,8 cm3 vandenilio išsiskirs prie anodo.

Vandenilio ir deguonies mišinys tokiu santykiu vadinamas sprogiomis dujomis, kurios užsidegusios sprogsta ir susidaro vanduo.

4. Deguonis ir vandenilis laboratoriniams eksperimentams gaunami naudojant vandens elektrolizė (oksiduota sieros rūgštis) (4 pav.). Platininiai elektrodai įlituojami į stiklą. Naudodamiesi varža, nustatome srovę I = 0,5 A. (Kaip srovės šaltinis naudojama trijų sausų 1,9 V elementų baterija) Kiek vandenilio ir deguonies išsiskirs po 30 minučių.

Ryžiai. 4... Pavyzdžiui, 4 pav

Dešiniajame inde išsiskirs Gc = A • I • t = 0,1162 • 0,5 • 30 • 60 = 104,58 cm3 vandenilio.

Kairiajame inde Ga = A • l • t = 0,058 • 0,5 • 30 • 60 = 52,2 cm3 deguonies (dujos išstumia vandenį viduriniame inde).

5. Konverterio blokas (variklis-generatorius) suteikia srovę elektrolitiniam (grynajam) variui gauti. Per 8 valandas turėtumėte gauti 20 kg medaus. Kokią srovę turėtų suteikti generatorius? • Elektrocheminis vario ekvivalentas yra A = 0,329 mg / A • sek.

Kadangi G = A • I • t, ​​tada I = G / (A • t) = 20 000 000 / (0,329 • 8 • 3600) = 20 000 000 / 9475,2 = 2110,7 A.

6. Būtina chromuoti 200 žibintų, iš kurių kiekvienam reikia 3 g chromo. Kokios srovės reikia šiam darbui atlikti per 10 valandų (elektrocheminis chromo A ekvivalentas = 0,18 mg / A • sek).

I = G / (A • t) = (200 • 3 • 1000) / (0,18 • 10 • 3600) = 92,6 A.

7. Aliuminis gaunamas elektrolizės būdu iš kaolino molio ir kriolito tirpalo voniose esant 7 V vonios darbinei įtampai ir 5000 A srovei. Anodai pagaminti iš anglies, o vonia iš plieno su anglimi blokeliai (5 pav.).

Ryžiai. 5Pavyzdžiui, 5 pav

Aliuminio gamybos vonios nuosekliai jungiamos darbinei įtampai padidinti (pvz., 40 vonių). Norint pagaminti 1 kg aliuminio, reikia maždaug 0,7 kg anglies anodų ir 25-30 kWh elektros energijos. Pagal pateiktus duomenis nustatykite generatoriaus galią, energijos sąnaudas 10 darbo valandų ir gauto aliuminio svorį.

Generatoriaus galia dirbant 40 vonių P = U • I = 40 • 7 • 5000 = 1400000 W = 1400 kW.

Elektros energija sunaudota 10 valandų, A = P • t = 1400 kW 10 h = 14000 kW • h.

Gautas aliuminio kiekis G = 14000:25 = 560 kg.

Remiantis teoriniu elektrocheminiu ekvivalentu, gautas aliuminio kiekis turėtų būti lygus:

GT = A • I • t = 0,093 • 5000 • 40 • 10 • 3600 = 0,093 • 720 000 000 mg = 669,6 kg.

Elektrolitinio įrenginio efektyvumas lygus: Efektyvumas = G / GT = 560 / 669,6 = 0,83 = 83%.